專利名稱：含鋅的烷烴裂解催化劑及制備和在單壁碳納米管合成中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鋅的C1-C3烷烴裂解催化劑及制備和在單壁碳納米管合成中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
單壁碳納米管是一種結(jié)構(gòu)與性能都很理想的納米碳管，在電子、化工、材料等領(lǐng)域有廣泛的用途。單壁碳納米管合成方法中，催化裂解法上一種成本低、批量大的方法，采用較多。催化劑多采用以鉬為主，也有少量應(yīng)用Cr、W為催化劑。這些合金元素對應(yīng)的化合物，如鉬酸銨，分解為氧化鉬，熔點高，分散只能利用機械手段進行，分散程度很有限。因此產(chǎn)品質(zhì)量及工藝穩(wěn)定性較差。而且氧化鉬600℃開始升華，而被還原溫度大于800℃，這是造成氧化鉬成分不穩(wěn)定、從而影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因，對生產(chǎn)設(shè)備要求也高，不利于工業(yè)化放大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種C1-C3烷烴裂解烴裂解催化劑及制備和在單壁碳納米管合成中的應(yīng)用。該催化劑的成分分散均勻性高，合金鋅元素成分穩(wěn)定、生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量高，對生產(chǎn)設(shè)備要求不高，有利于工業(yè)化放大。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的一種C1-C3烷烴裂解合成單壁碳納米管催化劑，其特征是催化劑含有氯化鋅，成分組成摩爾比為氧化鋁∶氧化鐵為4∶0.2-1.0，氯化鋅為氧化鋁和氧化鐵摩爾數(shù)和的0.01％-0.15％，本發(fā)明的C1-C3烷烴裂解制單壁碳納米管催化劑的制備方法，其步驟為第1、將氯化鋅與鐵和鋁的氯化物或硝酸鹽按催化劑組成摩爾比配成水溶液，攪拌混合后烘干，在300-400℃燒結(jié)3-5小時，使氯化物或硝酸鹽分解，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉；第2、將步驟1得到的細(xì)粉，在空氣氣氛中于500-800℃燒結(jié)4-8小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉；第3、將步驟2得到的細(xì)粉，重復(fù)步驟2的燒結(jié)和粉碎操作2～4次，即得到催化劑產(chǎn)品。
本發(fā)明的C1-C3烷烴裂解制單壁碳納米管催化劑應(yīng)用時，將催化劑加入到合成器皿中，在裂解爐中加熱，同時通入常壓氬氣或氮氣，排空氧氣后，通入常壓氫氣還原，在400-600℃還原20-50分鐘，在750-820℃裂解溫度保溫15-60分鐘后，通C1-C3烷烴常壓氣體，合成單壁碳納米管，所述的常壓為0.1～0.103MPa。
本發(fā)明所用原材料要求達(dá)到化學(xué)純標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明采用鋅為催化劑的合金元素，其化合物采用氯化鋅，與鐵鹽和鋁鹽混合、烘干，經(jīng)過多次高溫?zé)Y(jié)達(dá)到均化。特點
第一，由于氯化鋅熔點低，僅為283℃，因此在燒結(jié)過程中熔融，通過滲透，達(dá)到成分的充分分散均勻，在10納米范圍之內(nèi)。
第二，采用該催化劑可以有效降低合成溫度20-50℃，降低生產(chǎn)成本和設(shè)備投資。因為氯化鋅被充分還原的溫度低于600℃，與氧化鐵一致，而比氧化鉬低200℃以上。
第三，氯化鋅升華溫度高于被還原溫度，有利于穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，適合工業(yè)化放大。
這種催化劑可以合成高質(zhì)量且直徑分布范圍很窄的單壁碳納米管，也是單壁碳納米管結(jié)構(gòu)控制合成的必要條件。而控制單壁碳納米管結(jié)構(gòu)，主要是直徑，就可以實現(xiàn)控制合成，獲得性能均一的單壁碳納米管產(chǎn)品，為其在納米電子器件上應(yīng)用提供保證。


圖1單壁碳納米管產(chǎn)品TEM形貌；圖2單壁碳納米管產(chǎn)品的拉曼曲線。
1、從圖1可見單壁碳納米管產(chǎn)品為成束單壁碳納米管，單壁管直徑在1.3-1.7nm之間。
具體實施例方式
實施例1取化學(xué)純氯化鋁和氯化鐵以及氯化鋅，按氯化鋁與氯化鐵的摩爾比為4∶0.2；氯化鋅為氯化鋁和氯化鐵摩爾數(shù)和的0.01％，溶于蒸餾水，配成100克溶質(zhì)/1000毫升溶液，攪拌均勻后，烘干，300-400℃燒結(jié)3小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，然后在500-750℃的茂福爐中燒結(jié)4小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，再在500-800℃的茂福爐中燒結(jié)8小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，重復(fù)燒結(jié)4次，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉即得催化劑產(chǎn)品。
將制得的催化劑加入合成器皿中，在裂解爐中加熱，同時通入常壓氬氣或氮氣，排空氧氣后，通入常壓氫氣還原，在400℃還原50分鐘；在750-820℃裂解溫度保溫15分鐘后，通C1-C3烷烴常壓氣體，合成單壁碳納米管。其氣體壓力為0.1MPa合成的單壁碳納米管的TEM如圖1。
實施例2取化學(xué)純硝酸鋁和硝酸鐵以及氯化鋅，按硝酸鋁與硝酸鐵的摩爾比為4∶-1.0；氯化鋅為鋁鹽和鐵鹽摩爾數(shù)和的0.15％溶于蒸餾水，配成100克溶質(zhì)/1000毫升溶液，攪拌均勻后，烘干，300-400℃燒結(jié)5小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，然后在500-800℃的茂福爐中多次燒結(jié)3小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，再在500-750℃的茂福爐中燒結(jié)5小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，重復(fù)燒結(jié)2次，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉即得催化劑產(chǎn)品。
將制得的催化劑加入合成器皿中，在裂解爐中加熱，同時通入常壓氬氣或氮氣，排空氧氣后，通入常壓氫氣還原，在600℃還原20分鐘；在750-820℃裂解溫度保溫60分鐘后，通C1-C3烷烴常壓氣體，合成單壁碳納米管，其氣體壓力為0.101MPa。
合成的單壁碳納米管的TEM如圖1實施例3取化學(xué)純氯化鋁和氯化鐵以及氯化鋅，按氯化鋁與氯化鐵的摩爾比為4∶0.5；氯化鋅為鋁鹽和鐵鹽摩爾數(shù)和的0.1％，溶于蒸餾水，配成100克溶質(zhì)/1000毫升溶液，攪拌均勻后，烘干，300-400℃燒結(jié)3小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，然后在500-800℃的茂福爐中多次燒結(jié)5小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，再在500-800℃的茂福爐中燒結(jié)5小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉，重復(fù)燒結(jié)2次，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉即得催化劑產(chǎn)品。
將制得的催化劑加入合成器皿中，在裂解爐中加熱，同時通入常壓氬氣或氮氣，排空氧氣后，通入常壓氫氣還原，在500℃還原30分鐘；在750-820℃裂解溫度保溫40分鐘后，通C1-C3烷烴常壓氣體，合成單壁碳納米管，其氣體壓力為0.1MPa。
合成的單壁碳納米管的TEM如圖1。
權(quán)利要求
1.一種C1-C3烷烴裂解催化劑，其特征是催化劑含有氯化鋅，成分組成摩爾比為氧化鋁∶氧化鐵為4∶0.2-1.0，氯化鋅為氧化鋁和氧化鐵摩爾數(shù)和的0.01％-0.1 5％。
2.權(quán)利要求1所述的C1-C3烷烴裂解催化劑的制備方法，其特征是步驟為第1、將氯化鋅與鐵和鋁的氯化物或硝酸鹽按催化劑組成摩爾比配成水溶液，攪拌混合后烘干，在300-400℃燒結(jié)3-5小時，使鐵和鋁的氯化物或硝酸鹽分解，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉；第2、將步驟1得到的細(xì)粉，在空氣氣氛中于500-800℃燒結(jié)4-8小時，然后粉碎成過200目篩的細(xì)粉；第3、將步驟2得到的細(xì)粉，重復(fù)步驟2的燒結(jié)和粉碎操作2～4次，即得到催化劑產(chǎn)品。
3.權(quán)利要求1所述的催化劑在單壁碳納米管合成中的應(yīng)用，其特征是將催化劑加入到合成器皿中，在裂解爐中加熱，同時通入常壓氬氣或氮氣，排空氧氣后，通入常壓氫氣還原，在400-600℃還原20-50分鐘，在750-820℃裂解溫度保溫15-60分鐘后，通C1-C3烷烴常壓氣體，合成單壁碳納米管，所述的常壓為0.1～0.103MPa。
全文摘要
一種含鋅的裂解催化劑及制備和在單壁碳納米管合成的應(yīng)用。催化劑成分組成摩爾比為氧化鋁∶氧化鐵為4∶0.2－1.0，氯化鋅為氧化鋁和氧化鐵摩爾數(shù)和的0.01％－0.15％，其制法是將氯化鋅與鐵和鋁的氯化物或硝酸鹽按催化劑組成摩爾比配成水溶液，攪拌混合后，烘干，在300－400℃燒結(jié)分解，粉碎后，在500－800℃多次燒結(jié)得到催化劑。催化劑用于合成單壁碳納米管時，通入氫氣在400－600℃還原，在750－820℃裂解溫度保溫15－60分鐘后，通C
文檔編號B01J23/80GK1740093SQ200510019178
公開日2006年3月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者賈志杰 申請人:華中師范大學(xué)